Vassdraget har utspring ved Omnsbreen nord for Hardangerjøkulen, 1 765 moh. I den øvre delen renner elva Moldåna mot vest og deretter nordvest gjennom en brei dal med mange vatn. Bergensbanen går langs denne delen av elva, Hallingskeid stasjon ligger mellom Høghellervatnet og Nedre Grøndalsvatnet. Også Rallarvegen følger hovedvassdraget. Nedenfor Reinungavatnet ved Myrdal heter elva Flåmselvi og stuper gjennom Kjosfossen ned i Flåmsdalen, og snur mot nord. Flåmsdalen er trang, og elva renner gjennom en rekke fall med strykpartier i mellom. Elva munner ut ved tettstedet Flåm i innerst i Aurlandsfjorden. Flåmsbana går langs elva fra Myrdal til fjorden.